Vaihtopariston valintaan liittyvän opas: Kuinka jännite, kapasiteetti, pariston hallintajärjestelmä (BMS) ja liittimet toimivat yhdessä

Vuoden ajan toimimme vaihtopatterien liiketoiminnassa ja huomasimme jotain mielenkiintoista.

Monet asiakkaat tulevat meihin yksityiskohtaisen komponenttiluettelon (BOM) kanssa: jännite, kapasiteetti, liittimen tyyppi ja jopa kennojen mallit — kaikki näyttää tarkalta.
Mutta kun kysymme, mIKSI miksi nämä parametrit on valittu, vastaus on usein:

”Niin alkuperäinen patteri käyttää.”

Alkuperäisen suunnittelun kopioiminen on joskus välttämätöntä – mutta sitä ei pitäisi tehdä automaattisesti.

Entä jos alkuperäisvalmistajan (OEM) suunnittelussa oli kompromisseja?
Entä jos tietyt komponentit eivät enää ole saatavilla?
Entä jos todellinen käyttötarkoituksesi ei enää vaadi kyseistä konfiguraatiota?

Todellinen akkujen valinta ei tarkoita kopioimista.
Se tarkoittaa ymmärtämistä, miten jokainen parametri vaikuttaa muihin — ja koko järjestelmän optimointia.

Tässä oppaassa käymme läpi neljä korvausakkuipakettien peruselementtiä:

• Jännite

• Kapasiteetti

• BMS:n tiedot

• Liitin ja viestintä

Ne eivät ole toisistaan riippumattomia. Kun ymmärrät, mikä parametri ohjaa mitäkin, lopetat toimimasta pelkästään "akkutoimittajana" ja alat toimia teknisenä kumppanina.

---

1. Jännite on ensimmäinen — tässä ei ole neuvottelua

Olkoon selvää:

Jännite on ainoa parametri korvausakkuissa, jolla on melkein nolla joustavuutta.

Moottorit vaativat tiettyä jännitettä saavuttaakseen nimellisnopeuden.
PIR-levyt (PCB:t) toimivat kiinteissä jännitealueissa.

Syöttämällä 24 V:n jännite 12 V:n laitteeseen vaurio on melko varma.
Yritettäessä käyttää 36 V:n jännitettä 48 V:n järjestelmässä käynnistys saattaa epäonnistua kokonaan.

Sekavuus syntyy usein seuraavien välillä:

• Nimellisjännite (3,6 V / 3,7 V NMC-akulle, 3,2 V LFP-akulle)

• Täysin ladattu jännite (4,2 V NMC-akulle, 3,65 V LFP-akulle)

Jos alkuperäisessä akkupaketissa käytetään NMC-kemiallista koostumusta ja vaihdetaan LFP-akkuihin, laturi ja laite saattavat tulkita alhaisemman täysjännitteen siten, että akku ei ole täysin ladattu.

Tämä ei ole kemiallinen ongelma – kyse on järjestelmän yhteensopivuusongelmasta.

Ammattimainen vinkki

Kun asiakkaat kysyvät, antaako korkeampi jännite enemmän tehoa, vastauksemme on aina:

Kyllä, teknisesti katsoen — mutta vain jos MOSFET-luokitukset, kondensaattorit, laturin rajoitukset ja suojakynnystasot on tarkistettu. Sokeat jänniteparannukset aiheuttavat usein piilotettuja luotettavuusriskiä.

---

2. Kapasiteetti: Suurempi ei ole parempi — paremmin sovitettu on parempi

Kapasiteetti myydään helposti, koska se kääntyy suoraan käyttöaikaa.

Mutta tekniikan näkökulmasta kapasiteetti on rajoitettu kahteen asiaan:

Fysinen tila

Akkuosastot eivät kasva.
Kapasiteetin lisäämiseksi voit joko:

• Vaihtaa korkeampaa energiatiukkuutta tuottavia akkukomponentteja

• Muuttaa muotoa

• Hyväksyä sen, että se yksinkertaisesti ei mahdu

Tässä ei ole mitään taikaa.

Purkukyky (C-asteikko)

Tässä monet korvausprojektit epäonnistuvat.

Rinnankytketyt kennot eivät ainoastaan lisää kapasiteettia — ne jakavat myös virtaa.

Esimerkki:

Alkuperäinen suunnittelu:
2 × 2500 mAh -kennoa rinnankytkettyinä
Kumpikin luokiteltu 10 A:ksi → kokonaisjatkuvavirta = 20 A

Korvausyritys:
Yksittäinen 5000 mAh -kenno
Luokiteltu vain 15 A:n jatkuvavirraksi

Sama kapasiteetti. Alhaisempi tehonotto.

Tuloksena on jännitteen alenema, lämpökuormitus ja epävakaa toiminta.

Ammattimainen vinkki

Sen sijaan että kysyttäisiin:

“Kuinka suurta kapasiteettia haluatte?”

Me kysymme:

• Mikä on normaali käyttövirta?

• Huippuvirta?

• Kuinka kauan korkea kuorma kestää?

Todelliset kuormaprofiilit ovat paljon tärkeämpiä kuin esikuvassa mainitut mAh-luvut.

---

3. Liittimet: Fyysinen sovitus on helppoa – viestintä on todellinen este.

Akkujen liittämisessä on kaksi tasoa:

Fyysinen kerros

Liittimen tyyppi, pinnijärjestely ja kaapelin poistumissuunta.

Näytteiden kanssa tämä on yleensä suoraviivaista.

Viestintäkerros (tässä projektit usein jäävät pysähtyviin)

Modernit laitteet — esimerkiksi imurit, sähkötyökalut ja puutarhakalusteet — sisältävät usein datajohtoja lisäksi plus- ja miinusnavoille.

Nämä johtimet kuljettavat tunnistus- tai tilatietoja.

Akku sanoo: Olen terve. Olen valtuutettu.
Laite vastaa: Selvä — voit käynnistää toiminnan.

Jos tämä kättely epäonnistuu, akku voi olla täysin ladattu, mutta silti käyttökelvoton.

Jännite ja kapasiteetti yksin eivät ratkaise tätä ongelmaa.

Ammattimainen vinkki

Ennen tarjouksen laatimista tarkistamme aina:

• Onko olemassa viestintäpinnejä?

• SMBus? I2C? Omatekoinen yksijohdinprotokolla?

• Onko tehtaamme jo purkautanut aiemmin samankaltaisia alustoja?

Tämä määrittää, pääseekö hanke sarjatuotantoon vai kuoleeko se prototyyppivaiheessa.

---

4. BMS: Aivot, jotka ohjaavat turvallisuutta ja käyttöikää

BMS:n valinta on aina tasapainottelua.

Tasapainotusstrategia

Pienille akkupaketeille, joiden kennot ovat hyvin yhtenäisiä, passiivinen tasapainotus riittää usein.

Korkeille sarjakytkentäpattereiden kapasiteeteille tai syvälle purkamiselle tarkoitetuihin sovelluksiin aktiivinen tasapainotus parantaa merkittävästi akun elinikää vähentäen solujen hajontaa.

Älykkäät ominaisuudet

Jos tarvitset tarkan lataustilan (SoC) määrittämisen, sinun on käytettävä kulombilaskentaa.

Jos tarvitset käyttöhistoriaa tai diagnostiikkatietoja, sinun on käytettävä muistitoiminnallista akunhallintajärjestelmää (BMS).

Suojakynnystasot

Jokainen parametri liittyy todellisiin olosuhteisiin:

• Ylilatausjännite → solun tekninen erittelema

• Ylikulku → moottorin lukkiutumisvirta

• Lämpötilarajat → loppukäyttäjän ympäristö

Yleispätevää "parasta akunhallintajärjestelmää" ei ole.

Vain sovellukseesi sopivin akunhallintajärjestelmä.

Ammattimainen vinkki

Emme suosittele kalleinta BMS-järjestelmää.

Suosittelemme oikeaa järjestelmää.

Teollisuuslaitteissa korostuu kestävyys.
Eurooppalaiset kuluttajaelektroniikkatuotteet painottavat sertifiointia ja varmuuskopiointia.

Eri markkinat, eri strategiat.

---

Käytännöllinen vaihtopariston valintaprosessi

Näin lähestymme projekteja sisäisesti:

Vaihe 1: Määritä jännite

Vahvista laitteen jännite → määritä sarjakytkentöjen lukumäärä → kemiallinen koostumus muuttuu toissijaiseksi.

Vaihe 2: Mittaa saatavilla oleva tila

Akkuosan rakenne määrittää kennojen muodon:
18650, 21700, pussikenno tai prismakenno.

Vaihe 3: Sovita kapasiteetti ja purkuteho

Arvioi tehon tarve → valitse energiatyypin tai tehotyypin kennot → optimoi kapasiteetti fyysisten rajoitusten puitteissa.

Vaihe 4: Analysoi liittimet ja protokollat

Laske johdot → tunnista viestintä → vahvista dekoodauskyky.

Vaihe 5: Määritä BMS:n toimintalogiikka

Aseta suojauksen arvot → valitse tasausmenetelmä → määritä ohjelmistokonfiguraatio.

Vasta tämän jälkeen lopullistamme ostolistan (BOM).

---

Lopuksi

Korvausakkuja koskevissa hankkeissa tehtävä suurin virhe on keskittyä yksittäisiin teknisiin tiedotietoihin sen sijaan, että otettaisiin huomioon koko järjestelmä.

Jännite on kehon luuranko.
Kapasiteetti on lihas.
Liittimet ovat hermoja.
BMS on aivot.

Jos jätät huomiotta kumman tahansa näistä, suorituskyky kärsii.

Seuraavan kerran, kun asiakas kysyy, voidaanko akku vaihtaa, älä vastaa heti.

Käy tämä kehys läpi yhdessä.

Kun osaat selittää, mIKSI miksi tietty konfiguraatio toimii — ei vain sen, että se mikä toimii — siirryt toimittajasta ratkaisukumppaniksi.

Ja juuri siitä alkavat pitkäaikaiset B2B-suhteet.

---

Jos arvioit tällä hetkellä vaihtoparistoprojektia, ota rohkeasti yhteyttä piirrosten tai valokuvien kanssa.
Oikeat päätökset varhaisessa vaiheessa voivat säästää kuukausia kehitykselle käytettävää aikaa.